多煤層開采通風系統的改進設計及評估

劉飛飛

（山西焦煤西山煤電官地礦， 山西 太原 030024）

引言

對于礦井而言，前期設計的通風能力往往無法充分滿足后期巷道不斷推進、鄰近工作面關閉導致通風狀態發生變化使對應通風需求變化的問題。因此，在實際生產中應時刻對現場通風狀態進行監測，并對應地提出改進措施[1]。本文主要以涼水井煤礦為例開展研究，針對其巷道布置的變化所導致的通風阻力分配不合理、漏風現象嚴重以及風量不足的問題對其通風方案進行優化改造，以保證整個礦井通風系統的穩定性。

1 涼水井煤礦工程概況

目前涼水井煤礦可供開采的煤層共包括有6個，本文以4 號煤層為例展開研究。4 號煤層所屬工作面的煤炭屬于高熱值煤、化學反應性強且穩定性高。目前，涼水井煤礦采用“兩進一回”中央并列式抽出式通風系統，所配置的通風機臺數為兩臺，采用一用一備的工作原則。

經測定可知：該礦井的所需的總的進風量為138.1 m3/s，進風井包括有主斜井和副斜井；其中，主斜井的進風量為43.1 m3/s，副斜井的進風量為96.8m3/s。涼水井煤礦總的回風量為138.9m3/s。

1.1 工程通風現狀整體分析

為后期對煤礦通風系統優化提供扎實的基礎，本工程采用氣壓計基點測定法對礦井的通風阻力測定，重點對涼水井礦井巷道的總通風阻力和相關風阻參數進行測定。鑒于礦井的通風線路較多，本著充分反應礦井通風問題的原則，本工程選擇通風路線最長、風阻最大的風阻參數進行測量[2]。涼水井煤礦通風系統的阻力分布測量結果如表1 所示。

表1 中涼水井煤礦的通風阻力主要分布在回風段，整個礦井不同區域的阻力分布比例為：進風段∶用風段∶回風段=2∶1∶4，與正常的3∶3∶4 相差較大。導致上述的主要原因為礦井回風巷道的風量較大，以及回風巷道內敷設的排水管道增大通風阻力。

表1 通風系統阻力分布

目前，涼水井煤礦所配置的通風機具體型號為BDK-8-NO24，該通風機的額定功率為250 kW，最小全壓為1244 Pa，最大全壓為3480 Pa。經現場測定通風機的工況點結果如圖1 所示。

圖1 礦井通風機工況點測定結果

如圖1 所示，涼水井煤礦通風機大部分工作狀態處于大風量、低負壓的工作區域；而且，通風機的工作效率僅為70%，并未完全發揮其通風能力[3]。

1.2 工程通風現狀具體分析

在上述對通風現狀整體分析的基礎上，結合涼水井煤礦的生產任務和計劃對其通風現狀進行具體分析。根據煤礦通風能力核定標準和礦井相關資料，需風量計算結果如下：

1）采煤工作面需風量：根據涼水井煤礦4 號煤層工作面的氣象條件，確定其需風量為41 m3/s；根據工作面溫度情況確定最佳的通風速度所確定的需風量為33 m3/s；結合工作面每位工作人員的實際需風量，確定工作面的整體需風量為40.58 m3/s。綜上，綜采工作面的整體需風量為41 m3/s。

2）備用工作面需風量：備用工作面為42110 工作面，該工作面的需風量按照相鄰綜采工作面通風量的1/2 計算。則備用工作面的需風量為10.47 m3/s。

3）掘進工作面需風量：目前，煤礦共包含有六個掘進工作面，總的需風量為63.6041 m3/s。

綜上，考慮井下硐室、稀釋膠輪車尾氣等位置的需風量，確定涼水井煤礦總需風量可達183.85 m3/s。

目前，礦井所配置通風機的通風量僅為138.1 m3/s，與實際需風量差距較大。同時，根據煤礦的整體生產進度安排，在現場規劃一個2 號風井，若未在擴建的2 號風井中安裝通風機，會導致開采工作面風量進一步減小。

2 礦井通風系統方案的改進設計及評估

2.1 礦井通風系統方案的改進設計

經上述綜合分析可知，2 號風井建設完成投入使用之后，雖然可以滿足礦井的整體生產任務，但是礦井的通風管理難度增加，導致巷道內的風流變化存在不穩定的因素。因此，急需對工作面通風區域進行合理劃分實現對通風方案的優化，最終充分發揮通風機的通風能力。具體以4 號煤層工作面為例分析。

4 號煤層所屬工作面的總的需風量為78.33 m3/s，考慮到2 號風井的擴建和后期的投入使用后會導致4 號煤層工作面的風量不足，主要原因為2 號風井的投入導致相鄰工作面風量分配不均勻所導致。因此，對巷道作出如下優化布置：4 號煤層工作面前部布置2 號回風聯巷，并在其相鄰的膠帶硐室對面重新布置煤炭的運輸斜巷；同時，在工作面的回風大巷附近增加一個回風聯巷。

在上述巷道優化布置的基礎上，采用雙風機分區的通風方案，即采用通風斜井對盤區進行供風；采用新擴建的2 號風井為綜采工作面供風。

2.2 礦井通風系統方案的評估

為了驗證上述通風方案的改進效果，主要對礦井的通風阻力參數進行測定。與上述相同，同樣選擇通風路線長、風阻較大的路線的通風阻力參數進行測定。針對4 號煤層工作面通風方案優化后選取的測定路線如下：副斜井—輔助運輸大巷—輔助運輸巷—進風巷—回風巷—回風大巷—斜風井巷—引風硐—地面通風機房。優化后礦井通風阻力參數測定結果如表2 所示。

表2 礦井通風系統優化后的阻力參數測定結果

如表2 所示，對4 號煤層所屬工作面通風系統進行優化，整個工作面的礦井通風阻力比例接近3∶3∶4，即說明采用雙風機聯合運輸并對礦井巷道進行優化布置后工作面的通風自理逐漸合理，能夠有效提升礦井通風的穩定性。

3 結語

一直以來，通風系統為綜采工作面凈化空氣、降低粉塵濃度的主要分系統，其是保障工作面安全生產的主要基礎。由于隨著礦井不斷推進開采，存在舊巷道的關閉、新巷道的開采導致工作面通風狀態發生變化，繼而需對通風系統進行優化。通過對涼水井煤礦4 號煤層工作面通風現狀為例展開分析，在對該工作面巷道進行重新優化布置的基礎上，采用雙風機聯合通風對整個通風系統進行優化，經評估發現：通風系統優化改進后整個工作面的通風阻力比例接近3∶3∶4。